III. CÓMO SABEMOS QUE ESTÁ ALLÍ

LA CARACTERÍSTICA de la radiación que más dificulta su comprensión es que es invisible. Sus efectos no se sienten de inmediato a menos que sea de muy alta intensidad; sin embargo, algunos de estos efectos pueden aflorar con el tiempo. Entonces puede uno estar expuesto a radiación sin saberlo y posteriormente podrán sentirse o no sus efectos, de acuerdo con las condiciones de la irradiación. Por ejemplo, cuando uno se saca una radiografía no se siente absolutamente nada. Las dosis recibidas en las radiografías en general son tan pequeñas y esporádicas que el paciente no sufre efectos posteriores. Las personas que están expuestas a radiaciones más frecuentemente deberán vigilar que no sea excesiva la exposición, pues a veces los efectos pueden aparecer muchos años después.

El que la radiación sea invisible la coloca en una categoría de riesgos que requieren algunos cuidados especiales. Por ejemplo, al gas combustible, normalmente incoloro e inodoro, se le añade una substancia que le da un olor característico y así poder detectar fugas. Cuando se supo de la existencia de los microorganismos patógenos se tomaron las precauciones de desinfectar los alimentos y de evitar otros tipos de contagio. En fin, muchas cosas a las que estamos acostumbrados, como el humo del tabaco (por cierto, éste si es visible y oloroso), pueden tener efectos nocivos a largo plazo, por lo que, si se han identificado, conviene tomar medidas inmediatas para evitar problemas posteriores. En esta categoría podemos ubicar a la radiación ionizante; por lo tanto necesitamos idear modos de saber dónde está y en qué cantidad.

Ya sabemos que la radiación afecta a la materia, produciendo principalmente ionización de sus átomos. Entonces es lógico pensar que si uno logra ver esa ionización puede darse cuenta de que allí hubo una radiación. Por lo tanto, es importante conocer cómo la radiación interacciona con la materia, pues esto nos permitirá diseñar adecuadamente los detectores.

Cada tipo de radiación interacciona con la materia de modo distinto, dependiendo también de su energía y del material en que incide. Sin embargo, en términos generales podemos decir que las radiaciones producen los siguientes fenómenos:

a) Teniendo en cuenta que cualquier materia consiste sólo de núcleos y electrones, las radiaciones chocan con ellos al azar. Como hay Z veces más electrones que núcleos, es mucho más probable que las radiaciones se encuentren con electrones que con núcleos, y por lo tanto la ionización predomina.

b) Transmiten energía al material. Esta energía casi siempre es inicialmente en forma de ionización, pero los efectos secundarios terminan por calentar el material como lo hacen una estufa o un horno. Una radiación aislada, por ejemplo una partícula a, produce un calentamiento minúsculo (alrededor de 10^-13 calorías), por lo que para sentir su calor se necesitan muchas radiaciones.

c) Ionizan o excitan a los átomos que se encuentran en su camino. Después de esto hay dos efectos secundarios. Por un lado, el átomo que queda ionizado se recombina o desexcita emitiendo rayos X, rayos ultravioleta, luz visible o electrones, cuyas radiaciones a su vez pueden ionizar. Por otro lado, los electrones secundarios emitidos, algunas veces llamados rayos delta, también tienen suficiente energía para ionizar. Parte de la energía de la radiación original se distribuye a varios otros agentes que podernos llamar radiación secundaria. Estas radiaciones secundarias siempre tienen menos energía que la primaria, pero su interacción con la materia es cualitativamente igual, por lo que su importancia al afectar el material es grande (véase la Fig. 7).

Figura 7. Ejemplo de una ionización y sus productos: electrón energético y fotón.

d) En algunos casos pueden desplazar átomos de su lugar. Estos átomos, al moverse, también producen efectos secundarios; pero lo más importante es que al alejarse dejan un sitio vacío, o vacancia, en la red cristalina. Además, deben detenerse en algún otro lado, generalmente una posición intercalada en la red, llamada intersticial. Estos defectos que produce el desplazamiento atómico en los cristales pueden alterar las propiedades de los sólidos de manera importante (véase la Fig. 8).

Figura 8. Ejemplo de un desplazamiento atómico que produce una vacancia y un intersticial.

e) Los átomos ionizados o desplazados pueden dar lugar a reacciones químicas, las cuales dependen de la configuración electrónica de los átomos participantes.

Habiendo visto en general qué sucede cuando las radiaciones penetran en la materia, examinemos cada tipo de radiación, para así poder seleccionar en cada caso el detector más apropiado.

En primer lugar vale la pena agrupar protones, partículas a, iones pesados en general y productos de fisión. Todos ellos se caracterizan por tener carga positiva y masa grande, por lo menos 1 840 veces mayor que la de los electrones. Así pues, al cruzar velozmente un material donde predominan los electrones, es como si una bala de cañón atravesara una región llena de pelotas de ping-pong. El proyectil va golpeando a los electrones, pero sin cambiar sensiblemente su trayectoria original, y sólo después de muchos de estos choques va perdiendo su energía hasta detenerse (véase la Fig. 6). Su trayectoria es esencialmente una línea recta. Su longitud depende de su energía inicial y de la densidad de la materia; por ejemplo, protones de 1 MeV y de 100 MeV en aluminio viajan, respectivamente, 15 micras y 3.7 cm; en gas nitrógeno estos alcances son de 2.4 cm y 72 m.

Pensemos en un experimento de transmisión como el de la figura 9. Se hacen incidir radiaciones en número N₀ sobre un absorbedor de grueso x. Atrás de él se coloca un detector que cuenta N radiaciones. En nuestro caso de protones u otras partículas del mismo grupo, si el absorbedor es delgado (x pequeño) todas las No partículas que llegan lo atraviesan y son contadas (N = N₀). Si el espesor es mayor que el alcance de las partículas, no pasa ninguna, y N = 0. Resulta la gráfica de la figura 10a. Cuando la partícula original pierde toda su velocidad, se detiene dentro del material, y se constituye entonces en una impureza, un átomo extraño, implantado a cierta profundidad. La presencia de estos átomos extraños en ciertas cantidades puede modificar las propiedades del material.

Figura 9. Experimento de transmisión de radiaciones. El número de radiaciones absorbidas es N₀ - N, y depende del espesor X del absorbedor.

Ahora vayamos a un segundo grupo de radiaciones, que incluye a los electrones y las partículas b. Al chocar éstos con la materia es como si fueran pelotas de ping-pong sobre otras iguales, por tener los proyectiles la misma masa que los electrones atómicos. Ahora los proyectiles pueden ser rebotados y pueden cambiar de dirección notablemente en un solo choque, por lo que su trayectoria es en zig-zag; incluso pueden retrodispersarse y salir del material, como lo indica la figura 11. Sus alcances no son todos iguales, y resultan bastante mayores que los del grupo anterior. El experimento de transmisión con estos proyectiles se muestra en la figura 10b. El alcance de electrones de 1 MeV en aluminio es aproximadamente de l.5 mm, o sea, 100 veces más que el de protones de la misma energía

Figura 10. Curvas de transmisión de diferentes radiaciones. La curva a) corresponde a protones y partículas a, la b) a electrones y partículas b, y la c) a rayos X y g.

Figura 11. Ejemplos de trayectorias de electrones al incidir sobre un material.

En el tercer grupo vamos a incluir los rayos X y los rayos g. Éstos sufren principalmente tres efectos: el efecto fotoeléctrico, el efecto Compton y la formación de pares (véase la Fig. 12). Cuando sucede el efecto fotoeléctrico el fotón (X o g) transfiere toda su energía a un electrón del material; esta energía se usa por una parte para liberar al electrón y por otra para darle velocidad. Si sucede el efecto Compton, la energía del fotón original se reparte entre un electrón del material y un nuevo fotón más débil. Por último, si la energía del fotón original es mayor que 1.02 MeV, puede suceder la formación de pares, en que el fotón se transforma en par electrón-positrón (e^-, e⁺ ).

Figura 12. Las tres maneras principales en que los rayos X y los rayos g interaccionan con la materia. En los tres casos se producen electrones energéticos.

Es de notarse que en los tres efectos el fotón original desaparece y se crean electrones energéticos. Son estos electrones secundarios los que luego producen la mayoría de la ionización del material. Los rayos X o g pueden atravesar bastante material antes de sufrir alguno de estos tres efectos, por lo que su penetración es grande. En un experimento de transmisión se obtiene la curva de la figura 10c, que es una curva exponencial. Obedece a la fórmula

N = N₀ e^-mx

donde m se llama coeficiente de absorción y e es la base de los logaritmos naturales. Cada material tiene diferente coeficiente de absorción, dependiendo también de la energía de los fotones absorbidos. En el caso de rayos g de 1 MeV que inciden sobre aluminio se necesitan 4.3 cm de aluminio para reducir la intensidad inicial No a la mitad, y otro tanto para reducirla a una cuarta parte. En cambio si el material fuese plomo, N₀ se reduce a la mitad con sólo 0.88 cm, a causa de su alta densidad.

Finalmente, vayamos al cuarto grupo, que en realidad sólo abarca un tipo de partícula, los neutrones. Recordemos que éstos no tienen carga eléctrica, así que no pueden interaccionar con los electrones del material, sino sólo con los núcleos y cuando el choque es de frente. Esto hace que sean muy raros los choques de los neutrones, por lo que su penetración es grande al igual que en el caso anterior. Cuando un neutrón llega a chocar con un núcleo, rebota como una bola de billar. En el rebote el neutrón pierde parte de su energía, y el núcleo con que chocó la adquiere, transformándose éste en un ion pesado que ioniza al material en su camino (véase la Fig. 13). Por lo tanto, también en este caso la ionización se debe a efectos secundarios.

Figura 13. Esquema de la dispersión de un neutrón por un núcleo, el cual adquiere energía cinética.

Cuando hay un solo rebote, la curva de transmisión también es exponencial, y, como ejemplo típico, se necesitan 2.7 cm de concreto para reducir la intensidad inicial N₀ de neutrones a la mitad. Sin embargo, la historia no termina allí, pues el neutrón puede volver a chocar con otros núcleos, perdiendo algo de energía en cada choque hasta que su velocidad es tan pequeña como la de los mismos átomos del material. Estos neutrones lentos se llaman térmicos, y pueden mantenerse algún tiempo en el material hasta que son absorbidos casualmente por los núcleos, o decaen en un protón, un electrón y un neutrino.

Para dar una perspectiva de conjunto, en la figura 14 se presenta un resumen esquemático de la interacción de radiaciones de los cuatro grupos con un material.

Figura 14. Resumen de cómo los distintos tipos de radiación interaccionan con la materia.

Además de estos procesos que se llevan a cabo individualmente, hay procesos colectivos donde desempeña un papel importante el hecho de que en un sólido se tiene una estructura cristalina. Los átomos están alineados en ciertas direcciones y planos característicos de cada estructura. La radiación se puede reflejar en estos planos preferentemente cuando su separación guarda cierta relación con la longitud de onda de la radiación y con su ángulo de incidencia. Esta relación se llama Ley de Bragg, y está dada por la fórmula

nl = 2d sen q

siendo d la separación entre planos cristalinos, l la longitud de onda, q el ángulo de reflexión y n un número entero. Este fenómeno, llamado difracción, se ha empleado mucho para estudiar la estructura cristalina de los sólidos, usando como proyectiles rayos X, electrones y neutrones.

Otro efecto colectivo es la llamada canalización. Si la dirección de la radiación incidente coincide casualmente con una dirección cristalina, encontrará canales por los cuales puede viajar grandes distancias sin encontrar obstáculos.

Todos estos conceptos de cómo la materia frena a las radiaciones, pero a su vez sufre efectos, forman la base para el diseño de detectores de radiación, lo cual veremos a continuación. Sin embargo, antes conviene hacer alguna reflexión de cómo la penetración de las distintas radiaciones constituye una de sus propiedades más útiles. El ejemplo que salta a la vista es la radiografía, que muestra la sombra que deja la distinta penetración de los rayos X en diferentes tejidos. Usando las leyes de paso por la materia, pueden seleccionarse las condiciones para tener mayor contraste en la radiografía, como son el voltaje de excitación, la densidad N₀, la geometría y paralelismo de los rayos, el tipo de placa fotográfica y su revelado, y la distancia del tubo al objeto y de éste a la placa. Desde luego, al comprar un aparato de rayos X estas condiciones ya fueron dadas por el fabricante, de modo que su empleo pueda hacerse en forma rutinaria. Otro ejemplo importante es la radioterapia, en que es necesario irradiar cierta zona del paciente, afectando lo menos posible al resto del cuerpo.

Como usos no médicos podemos mencionar la medición de niveles de fluidos en tanques cerrados, viendo la diferencia de penetración de las radiaciones por arriba y por debajo del nivel; la localización de oclusiones en tuberías cerradas, midiendo a través de la pared de la tubería el lugar donde se detiene una fuente de radiación; la esterilización de grandes volúmenes de material mediante un haz de radiación

No olvidemos también que en cualquier lugar en que se emplea radiación es necesario blindar al personal adecuadamente, y protegerlo de niveles que pueden ser letales. En este caso, es primordial el estudio cuidadoso del tipo de radiación, su energía y penetración, el material del blindaje, su densidad y espesor, la distancia de la fuente de radiación y los efectos indirectos.

Todo esto pone de manifiesto la necesidad de detectar las radiaciones y medir su intensidad, y la importancia de escoger apropiadamente el detector para la radiación particular que se desea observar. Por ejemplo, querer detectar rayos g con un detector para partículas a podría ser un grave error, pues uno puede estar en un campo muy intenso de radiación sin que el detector registre nada en virtud de su insensibilidad. Hay que insistir en la importancia de que la radiación sólo sea empleada por personal calificado para poder identificar y clasificar los problemas.

Las radiaciones que hemos mencionado tienen muy poca energía; por tanto, no nos daríamos cuenta de ellas, sin ayuda adicional. Los detectores de radiación aprovechan algún efecto para intensificarla y así hacerla más notable. Con esta idea se han desarrollado muchos tipos diferentes de detector. Una manera de clasificarlos es separarlos en dos grupos: los de registro permanente y los de señal instantánea. Cada uno tiene su utilidad propia, pues son tan diversos los requisitos para detectores como diferentes usos hay de la radiación.

Comencemos con el primer grupo, y de ellos con la emulsión fotográfica. Su importancia histórica es grande, pues así se descubrieron la radiactividad, el radio y los rayos X. Su funcionamiento se basa en que el efecto que produce la radiación en la película es el mismo que produce la luz. Todo mundo ha visto en una radiografía la imagen que dejan los rayos X. También puede usarse la emulsión para grabar el paso de radiaciones específicas, por ejemplo, partículas a o protones. La figura 15 muestra los trazos dejados por protones y partículas a en una película fotográfica. Los dosímetros personales más comunes para registrar la radiación que recibe el personal son pequeñas placas fotográficas con absorbedores para clasificar el tipo de radiación y medir su intensidad. El personal que trabaja con radiación siempre debe llevar uno consigo. Es claro que hay que revelar la película para obtener la información, y esto puede ser una desventaja por el tiempo que toma. Por otro lado, una vez revelada la película, no se puede volver a usar.

Figura 15. Trazos dejados por protones de 2.5 MeV de energía en una emulsión fotográfica. Los trazos tienen una longitud de 40 micras, por lo cual sólo pueden verse con microscopio.

En realidad hay muchos compuestos que, como la emulsión fotográfica, sufren cambios apreciables al ser irradiados, y los efectos son visibles aun sin un revelado. La magnitud de estos cambios depende de la dosis de radiación recibida. El cambio que más se aprovecha en el empleo de estos materiales como dosímetros es la coloración o la densidad óptica (absorción de luz), y se debe a reacciones químicas que producen nuevos compuestos. Un dosímetro muy empleado es el llamado Fricke, que consiste en una solución de sulfato amonio-ferroso en agua y ácido sulfúrico. La radiación transforma los iones ferrosos en férricos, con el consiguiente cambio óptico que se mide en un espectrofotómetro.

Otro método de registro permanente para detectar partículas a, protones, o productos de fisión es el llamado de trazas. Hay algunas substancias, como el vidrio, la mica, y algunos plásticos, que sufren daños en su estructura al pasar las partículas. Si posteriormente son atacadas con reactivos químicos apropiados, afloran los puntos dañados por ser más fuerte el ataque químico en ellos. Estos pueden verse con un microscopio o a simple vista si se les somete a una intensificación posterior. Gracias a su propiedad de retener la información, los detectores de trazas se han usado con éxito para medir pequeñas dosis de radiación. Son muy útiles para medir la radiación ambiental. Hay que advertir, sin embargo, que son insensibles a rayos X y g, y también a electrones. La figura 16 muestra las trazas producidas por varias partículas a en un plástico.

Figura 16. Trazas de partículas a en un plástico. El ataque químico tiene lugar sobre todo en la zona dañada por las partículas; se producen entonces marcas visibles.

Hay otro método de detectar radiación durante largos periodos y en pequeñas cantidades, llamado de termoluminiscencia (TL). Existen ciertos cristales, como el fluoruro de litio, que al recibir radiación sus átomos quedan excitados en estados que pueden tener vidas muy largas. Por lo tanto, parte de la energía de la radiación ionizante queda almacenada en ellos, acumulándose esta energía a medida que es expuesto el cristal. La manera de liberar la energía es calentar el cristal, con lo cual se desexcitan los átomos y emiten luz. La cantidad de luz emitida es proporcional a la dosis de radiación recibida. Los cristales termoluminiscentes también se usan como dosímetros personales, y tienen la ventaja de que una vez que emitieron la luz almacenada, pueden volver a usarse como dosímetros, repitiéndose el ciclo varias veces. Ciertos materiales, siendo termoluminiscentes, pueden almacenar energía durante siglos. Se han usado para determinar edades, por ejemplo, de cerámicas. Al calentarse una vasija, tal vez hace muchos años, se desexcita, y pierde toda energía previamente almacenada; por lo tanto, de ese momento en adelante inicia un ciclo de absorción de radiación. Si uno luego mide la desexcitación y conoce o puede estimar la rapidez con que el objeto recibió radiación, se puede de allí calcular el tiempo durante el cual se acumuló, y por lo tanto la edad del artefacto. El método se ha empleado, por ejemplo, para determinar edades de algunas cerámicas de Teotihuacan y de Cholula.

El electroscopio se usa como dosímetro personal para medir dosis acumuladas. Al cargarse el electroscopio con una fuente de voltaje, un elemento móvil, que es una fibra de cuarzo, se coloca en una posición determinada. Al recibir radiación, la ionización ayuda a descargarlo, y la fibra se desplaza, lo cual se observa con ayuda de una lente. El desplazamiento depende de la cantidad de radiación recibida.

Los detectores que hemos descrito hasta aquí se caracterizan porque acumulan durante un tiempo la información sobre la radiación, y luego mediante algún método se pone de manifiesto. El segundo grupo de detectores proporciona la información en el instante de recibirse la radiación.

Uno de éstos es la cámara de niebla. Es un recipiente que contiene un vapor sobreenfriado, por ejemplo de alcohol, que se condensa con gran facilidad. El sobreenfriamiento se logra por una expansión súbita con un émbolo, o bien enfriando con nitrógeno líquido. Al pasar una partícula, el vapor se condensa en los iones producidos, formando gotitas en la trayectoria de la partícula, con lo cual la vuelve visible durante un instante mientras se difunden las gotitas. La trayectoria se puede ver a simple vista, y si se sincroniza una cámara para tomar una fotografía en el instante que se produce, se puede tener un registro permanente de los eventos.

Otro detector semejante es la cámara de burbujas. En ésta se tiene un líquido a punto de hervir, en que se forman burbujas con cualquier perturbación; generalmente se usa hidrógeno liquido. Se escoge un liquido transparente para poder ver las burbujas formadas en la trayectoria completa de la radiación, y también generalmente se toman fotografías de los eventos. Con la cámara de burbujas se pueden ver trayectorias de partículas de muy alta energía, lo cual no es posible con otros métodos.

Entre los detectores de respuesta instantánea están los de gas, que incluyen las cámaras de ionización, los contadores proporcionales y los detectores de Geiger-Mñller. Todos ellos funcionan porque el gas que contienen se ioniza repentinamente al pasar una radiación. Si se le aplica un alto voltaje, los iones y los electrones producidos por la ionización se dirigen a los electrodos. Los iones positivos se dirigen al cátodo, y los electrones al ánodo, lo cual produce un pulso eléctrico muy corto que luego puede amplificarse y analizarse. Con las cámaras de ionización se intenta recolectar todas las cargas producidas en el gas. Entonces el tamaño del pulso depende del número de iones producidos y, por lo tanto, de la energía de la radiación. Este detector tiene por eso una doble utilidad: saber el instante en que llegó la radiación y conocer su energía.

El contador proporcional es semejante a la cámara de ionización, pero se le aplica un voltaje más alto, de modo que los iones y electrones, al viajar hacia los electrodos, vuelven a producir ionización, y los nuevos iones y electrones contribuyen también al pulso eléctrico (véase la Fig. 17). De esta manera se logra una amplificación del pulso que se produce, y su tamaño resulta proporcional a la energía de la radiación.

Figura 17. Esquema de la operación de un contador proporcional o Geiger-Mñller. Las cargas producidas por la ionización se multiplican en su trayecto hacia los electrodos.

En el contador de Geiger-Mñller se aplica un voltaje todavía más alto, y los pulsos son muy grandes, de modo que necesitan poca amplificación posterior. Sin embargo, se pierde la proporcionalidad del pulso, así que sólo es un indicador de que hay radiación, pero no da información sobre su energía. Los contadores Geiger se usan mucho en monitores portátiles por su relativa sencillez. Se conectan a una aguja indicadora o a una bocina. La figura 18 muestra uno de estos monitores portátiles.

Otro detector de respuesta instantánea aprovecha el pequeñísimo destello que produce la radiación en ciertas substancias fluorescentes. Si se coloca una pantalla fluorescente en presencia de radiación en la obscuridad, y si uno permite unos minutos para que la vista se haga sensible, se pueden ver los destellos. De allí se deriva el contador de centelleo, que consta de un material fluorescente y transparente, ya sea sólido (v. gr., ioduro de sodio o antraceno) o líquido, y debe estar a obscuras. El destello que produce la radiación se transforma en una pequeña corriente eléctrica en un material que emite electrones cuando le llega luz. Luego esta corriente es amplificada para dar un pulso eléctrico; el dispositivo que se encarga de esto se llama foto multiplicador. El tamaño de los pulsos producidos es proporcional a la intensidad del destello y, por lo tanto, a la energía de la radiación.

El detector más usado en la actualidad es el llamado de estado sólido. Consiste en un cristal de silicio o de germanio que contiene impurezas que le permiten conducir electricidad. La radiación incidente produce ionización, y así libera cargas móviles que se pueden recolectar en un par de electrodos. Se parece su operación a la de una cámara de ionización, excepto que, en vez de suceder en un gas, las cargas se desplazan dentro de un cristal sólido. También en estos detectores se tiene información sobre la energía de la radiación. Se usan de silicio para detectar partículas cargadas y rayos X; de germanio para rayos g.

Figura 18. Contador Geiger portátil de lectura directa en la carátula.

En general no se pueden detectar todos los tipos de radiación con cualquier detector, aunque todos éstos a fin de cuentas operan con la ionización producida. Cada tipo de detector tiene cierta utilidad, y habrá que cuidar que se use el apropiado. Hay ciertas reglas sencillas que se aplican a esta selección. Por ejemplo, los detectores de gas necesitan un recipiente cerrado y sellado, por lo que las partículas a o los protones de baja energía no se pueden detectar, pues no logran atravesar la pared. Por otro lado, para detectar rayos g es preferible un detector sólido a uno de gas, porque la densidad del material determina la eficiencia del detector; de todos modos es posible que los rayos g atraviesen el detector sin dispararlo. Cada detector tiene sus limitaciones. En el cuadro 4 se resume la utilidad de algunos detectores.

Cuadro 4. Usos de los diferentes detectores de radiación.

detector	uso principal
placa fotográfica	rayos X, b, electrones
trazas	a, productos de fisión
termoluminiscencia (TL)	a, b, electrones
electroscopio	b, electrones
cámara de niebla	a, protones, electrones
cámara de burbujas	protones de alta energía
gas	b, electrones
centelleo	g, rayos X
estado sólido (barrera superficial)	a, protones, deuterones
estado sólido (difundido)	g, rayos X

 

El observar neutrones requiere de técnicas especiales porque no ionizan directamente. Pueden sufrir choques o reacciones nucleares, impartiendo parte de su energía a otras partículas, y luego éstas ionizan. Por lo tanto, la estrategia para ver neutrones es poner en el detector una substancia que cause muchos choques o reacciones y convierta así los neutrones en radiación ionizante. Por ejemplo, un detector de gas que contenga hidrógeno hace que los neutrones choquen con frecuencia; en cada choque un protón (hidrógeno) recibe un golpe y retrocede, lo cual ioniza el gas. También se usan detectores de centelleo ricos en hidrógeno, como ciertos plásticos, para producir el mismo efecto. En algunos detectores se introduce especialmente una substancia que produce reacciones nucleares con los neutrones. Por ejemplo, en un detector con BF₃ como gas se produce la reacción ¹⁰B (n, a)⁷Li; así se detecta la partícula a. Un detector con un recubrimiento interno de uranio produce fisiones al recibir los neutrones; se detectan, pues, los productos de fisión. Casi cualquier detector puede usarse para neutrones si se le agrega un convertidor a radiación ionizante.

La electrónica moderna ha permitido un manejo muy complejo de los pulsos eléctricos que producen los detectores (véase la Fig. 19), o tal vez se podría decir que la necesidad de manejar información en experimentos nucleares tuvo mucho que ver con el desarrollo de la electrónica moderna, incluyendo el uso de computadoras. He aquí una lista de algunas operaciones que pueden llevarse a cabo con los pulsos, y que ayudan a conocer cómo se comporta tanto la radiación como la materia con que choca.

Figura 19. Sistema electrónico de procesamiento de los pulsos provenientes de detectores nucleares; incluye amplificadores, digitalizadores, escaladores, un analizador de altura de pulsos y una computadora.

a) Se pueden contar en gran cantidad, hasta millones por segundo.

b) Se pueden amplificar hasta que tengan el tamaño requerido para usos especiales.

c) Se pueden registrar en coincidencia, o sea, sólo cuando dos detectores distintos dan pulsos simultáneos.

d) Se puede medir el intervalo entre dos pulsos, por ejemplo, el tiempo que tarda una radiación en llegar de uno a otro detector.

e) Se puede analizar el tamaño de los pulsos, que depende de la energía de la radiación, lo cual da por resultado un espectro de energías como el de la figura 20.

f) Se pueden analizar al mismo tiempo los pulsos de muchos detectores, sacando de cada uno de ellos la información más relevante.

Figura 20. Ejemplo de un espectro de energías de una clase de radiación. Los picos corresponden a ciertas energías características.

El desarrollo de detectores de radiación es una de las principales ramas de la tecnología nuclear, ha resultado ser una actividad muy compleja, muy minuciosa y fundamental para la investigación de la naturaleza. La figura 21 muestra la gran riqueza de información que se puede obtener de un detector adecuadamente diseñado. Se trata de una cámara de 300 000 cm³ que contiene gas neón y helio a presión atmosférica y temperatura ambiente. Cuando llega el haz de un acelerador (por la izquierda) y choca con un blanco, se producen muchas radiaciones, cada una de las cuales deja una estela de ionización. Para poder tomar la fotografía, la ionización se intensifica con un pulso de 700 000 voltios. Además está colocada la cámara dentro de un imán que hace que las partículas positivas se curven hacia abajo y las negativas hacia arriba. Los datos sobre la reacción nuclear producida se extraen del grueso de los trazos, de su curvatura y de su posición.

Figura 21. Fotografía de una reacción nuclear. El haz de protones de un acelerador llega por la izquierda y choca con un blanco metálico. Se produce gran cantidad de radiaciones, cuyo análisis detallado nos dice cómo es el núcleo.